劍麻纖維瀝青混合料最佳纖維摻量試驗(yàn)研究

楊瑞華 周前程

(1.上海建峰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201900； 2.上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201411)

劍麻纖維瀝青混合料最佳纖維摻量試驗(yàn)研究

楊瑞華1周前程2

(1.上海建峰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201900； 2.上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 201411)

劍麻纖維摻量是影響劍麻纖維瀝青混合料性能的主要因素之一，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和高溫車轍試驗(yàn)綜合確定劍麻纖維最佳用量，試驗(yàn)結(jié)果表明0.4%摻量的劍麻纖維瀝青混合料性能最佳。

道路工程，劍麻纖維，瀝青混合料，最佳摻量

0 引言

近年來(lái)，隨著道路交通流量增大，特別是重型車輛的增多和高壓輪胎的使用，交通流的渠化等因素，致使瀝青混凝土路面出現(xiàn)車轍、裂縫、坑槽等早期病害現(xiàn)象，嚴(yán)重影響路面使用壽命，這就對(duì)瀝青混凝土路面的路用性能提出了更高的要求。常用方法是通過(guò)在瀝青混合料中添加纖維來(lái)提高其路用性能。目前市場(chǎng)上常用的纖維材料主要有木質(zhì)素纖維、聚酯纖維以及礦物纖維等[1]。但人工纖維和礦物纖維不具備綠色、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等性能。目前已經(jīng)開始研究用植物纖維替代人工纖維和礦物纖維摻入瀝青混合料中形成綠色、環(huán)保、節(jié)能等性能優(yōu)越的環(huán)保經(jīng)濟(jì)型纖維瀝青混合料[2]。

劍麻纖維，屬于可再生資源，可自然降解，不會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成污染，價(jià)格也比較低廉。劍麻纖維質(zhì)地堅(jiān)韌、富有彈性、拉伸強(qiáng)度大、耐摩擦、耐酸堿、耐海水腐蝕以及耐低溫等多種優(yōu)良性能，且能量吸收能力好、耐沖擊強(qiáng)度高，無(wú)脆性斷裂(對(duì)提高汽車的安全性很有利)。劍麻纖維在250 ℃的干拌溫度下不變質(zhì)，不發(fā)脆，可作為添加劑摻入到瀝青混凝土中。劍麻纖維表面粗糙，有許多豎向條紋，這有利于增加劍麻纖維與瀝青混凝土之間的接觸面積，從而提高劍麻纖維在瀝青混凝土當(dāng)中的粘結(jié)能力，對(duì)路面的車轍、溫縮、開裂、坑槽等早期破壞具有一定的改善作用[3-5]?？刂苿β槔w維在瀝青混合料中的用量是影響改善效果的主要因素之一。本文提出通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)和高溫車轍試驗(yàn)綜合確定劍麻纖維用量的新方法，以多個(gè)指標(biāo)綜合確定劍麻纖維最佳用量，以完善劍麻纖維瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用瀝青為SBS改性瀝青，骨料選用玄武巖集料，石灰?guī)r礦粉為填料，試驗(yàn)所用級(jí)配類型為AC-20，級(jí)配見表1。原材料試驗(yàn)結(jié)果均滿足JTG F40—2004規(guī)定的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求。本試驗(yàn)將劍麻纖維在粉碎機(jī)上粉碎成短劍麻纖維，并用質(zhì)量濃度為1%的NaOH溶液浸泡30 min，再用清水沖洗干凈，烘干備用。

表1 AC-20級(jí)配表

瀝青混合料中劍麻纖維的摻量按0.2%，0.3%，0.4%，0.5%進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，確定不同摻量下劍麻纖維瀝青混合料的最佳油石比。在最佳油石比下進(jìn)行不同摻量的瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)，以判別是否形成較好的瀝青膠漿，有無(wú)多余的自由瀝青。最后進(jìn)行高溫車轍試驗(yàn)，比較不同劍麻纖維摻量的劍麻纖維瀝青混合料高溫性能。

2 劍麻纖維瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)

依據(jù)JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程中瀝青混合料馬歇爾擊實(shí)試件制作方法，雙面擊實(shí)75次成型試件，脫模后測(cè)定試件的體積指標(biāo)、穩(wěn)定度、流值。試驗(yàn)結(jié)果匯總見表2。最佳油石比以空隙率Va= 4%為主要控制指標(biāo)，得到不同摻量的劍麻瀝青混合料的最佳油石比見表3。

從表3可以看出，隨著劍麻摻量在0.2%～0.4%區(qū)間增加時(shí)，劍麻纖維瀝青混合料的最佳油石比有逐漸上升的趨勢(shì)，但當(dāng)劍麻摻量大于0.5%后，劍麻纖維瀝青混合的最佳油石比反而有下降的趨勢(shì)，說(shuō)明劍麻纖維摻量不宜大于0.5%，當(dāng)大于0.5%時(shí)，劍麻含量較高，部分劍麻未與瀝青形成膠漿就已作為一種填料填充進(jìn)了集料的空隙當(dāng)中，因此使得油石比反而下降了。

表3 不同劍麻摻量的劍麻瀝青混合料最佳油石比 %

3 劍麻纖維瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)

謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)是檢測(cè)瀝青結(jié)合料在高溫狀態(tài)下從瀝青混合料析出并瀝干多余的游離瀝青數(shù)量的一種試驗(yàn)方法。以瀝青析漏損失作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)JTG F40—2004規(guī)定，瀝青混合料的瀝青質(zhì)量損失要小于0.2%。

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)得出結(jié)論，劍麻纖維摻量不宜大于0.5%，因此分別進(jìn)行0.2%，0.3%，0.4%三個(gè)不同摻量的劍麻纖維瀝青混合料在最佳油石比下的謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)。謝倫堡試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 不同摻量劍麻纖維瀝青混合料謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)結(jié)果 %

試驗(yàn)結(jié)果表明，0.3%，0.4%摻量的劍麻纖維瀝青混合料瀝青質(zhì)量損失都能滿足要求，但0.2%摻量劍麻纖維瀝青混合料的瀝青膠漿的析漏損失大于0.2%，說(shuō)明此時(shí)瀝青膠漿中會(huì)含有多余的自由瀝青，因此劍麻纖維的摻量不宜小于0.2%。

4 劍麻纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的重要方法，原理是通過(guò)模擬車輪荷載在路面上行駛而形成的車轍過(guò)程。將摻量為0.3%，0.4%的劍麻纖維瀝青混合料在最佳油石比下，依據(jù)JTG E20—2011 方法制作車轍試驗(yàn)試件，進(jìn)行車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為(60±0.5)℃，輪壓為(0.7±0.05)MPa，試驗(yàn)輪行走頻率為(42±1)次/min。得到不同摻量的劍麻纖維瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見表5。試驗(yàn)結(jié)果表明0.3%，0.4%纖維摻量的劍麻纖維瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度值都能滿足規(guī)范的要求，但0.4%摻量的高溫性能較0.3%摻量的要好。因此得到劍麻纖維瀝青混合料的最佳摻量為0.4%。

表5 不同摻量的劍麻纖維瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)不同劍麻纖維摻量的瀝青混合料所做的馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

1)隨著劍麻纖維摻量的增加，瀝青混合料最佳油石比有增大的趨勢(shì)，但當(dāng)劍麻纖維摻量大于0.5%時(shí)，部分劍麻纖維未與瀝青形成膠漿就已作為一種填料填充進(jìn)了集料的空隙當(dāng)中，使得油石比反而下降了。因此劍麻纖維摻量不宜大于0.5%。

2)劍麻纖維的摻量也不宜過(guò)小，當(dāng)劍麻纖維摻量小于0.2%時(shí)，瀝青膠漿中會(huì)有較多的自由瀝青。因此劍麻纖維摻量不宜小于0.2%。

3)高溫車轍試驗(yàn)表明，0.3%，0.4%摻量的劍麻纖維瀝青混合料高溫性能都能滿足要求，但0.4%摻量的性能更好。

4)采用馬歇爾試驗(yàn)、謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)及高溫車轍試驗(yàn)是確定劍麻纖維瀝青混合料劍麻纖維最佳摻量的有效方法。

[1] 李化東，戴文亭.礦物纖維瀝青混合料中纖維最佳摻量的試驗(yàn)研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2014(25)：288-291.

[2] 陸宏新，樊 新，譚 波.劍麻纖維/瀝青復(fù)合材料界面性能[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014(2)：283-286.

[3] 章毅鵬，廖建和，桂紅星.劍麻纖維及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，27(5)：53-57.

[4] 才 紅，韋 春.劍麻纖維增強(qiáng)聚合物的研究進(jìn)展[J].絕緣材料，2003(5)：50-54.

[5] 關(guān) 鵬.劍麻纖維瀝青混凝土路面性能研究[D].武漢:武漢工業(yè)學(xué)院，2010：23-28.

Experimental study on optimal dosage of fiber in asphalt mixture with sisal fiber

Yang Ruihua1Zhou Qiancheng2

(1.ShanghaiJianfengVocationalandTechnicalCollege,Shanghai201900,China；2.ShanghaiTechnicalInstituteofElectronics&Information,Shanghai201411,China)

The optimal dosage of sisal fiber in asphalt mixture is one of the main factors influencing the performance of asphalt mixture. The optimal dosage of sisal fiber was determined through Marshall test, Schellenberg binder drainage test and rutting test. The results showed that the optimal dosage of sisal fiber was 0.4%.

highway engineering， sisal fiber， asphalt mixture， optimal dosage

2015-04-05

楊瑞華(1977- )，女，高級(jí)工程師； 周前程(1974- )，男，講師

1009-6825(2015)17-0085-02

TU535

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